模拟电子技术 第二章 基本放大电路

第二章基本放大电路模拟电子技术电子教案沈阳工业大学电子技术教研室第二章基本放大电路目录第二章基本放大电路第一节放大器的基本概念第二节单管共射放大器的基本原理第三节单管共射放大器的分析方法第四节共集、共基放大器分析第二章基本放大电路第二章基本放大电路本章内容：双极型晶体管和单极型晶体管基本放大电路的组成、工作原理、动态参数和性能特点，以及放大电路静态工作点和动态参数的一般分析方法。教学要求:1.掌握放大器基本单元电路的电特性2.掌握分析放大器基本方法3.建立放大器各种基本概念模拟电路对信号最基本的处理就是放大。本章是全书的重点。目录第二章基本放大电路第一节放大器的基本概念放大器(Amp)DC电源负载信号源纯阻性或电抗性UoUiIoIi需放大的信号已放大信号的接受对象输出端输入端目录第二章基本放大电路第一节放大器的基本概念1．从功能上看，它具有放大作用。﹡“放大”是指能将输入的电信号（电压Ui或电流Ii）增大到所需要的数值（Uo或Io)，供负载使用﹡放大器是指能实现放大功能的电子电路2.从结构上看它是一个二端口网络3.从本质上看，放大器是一个能量转换器（控制器）﹡放大器必须具备Po（输入交流功率）Pi（输出交流功率）﹡Po是在放大器件控制下，从直流电源能量转换而来。（以小能量控制大能量）。一、放大器的定义目录第二章基本放大电路第一节放大器的基本概念4.放大的基本要求不失真是放大的前提，故要求失真在一定范围内5.放大器的四种类型从放大器的输入端看可以是电压或电流，从输出端看也可以是电压或电流。故放大器有四种类型电压放大器、电流放大器互阻放大器、互导放大器二、放大器的性能指标衡量放大器的特性与性能优劣要求：明确定义，掌握物理意义。目录第二章基本放大电路第一节放大器的基本概念任何放大电路均可看成为两端口网络1.放大倍数（又称“增益”、传输函数）“放大倍数”衡量放大器放大微弱电信号的能力放大倍数=输出量/输出量数值越大表明放大能力越强，取值大小按需设定放大增益常用分贝(dB)表示：Au(dB)=20log|UO/Ui|ioUUAAuuuioIIAAiiiioIUAuiioUIAiu目录第二章基本放大电路第一节放大器的基本概念2.输入电阻Ri﹡定义：从放大器两个输入端看进去的等效电阻，也称输入阻抗﹡Ri物理意义：-----衡量放大器从信号源中索取输入信号能力-----衡量放大器对信号源影响程度﹡对Ri的要求：以保证有效传输信号为目的，视信号源性质而定若为电压源，应使RiRs以求Ui大；若为电流源，则应使RiRs以求Ii大。iiiIUR目录第二章基本放大电路第一节放大器的基本概念RRoIURLo'oo'oo)1(/RUURUUURLo3.输出电阻Ro﹡定义：从放大器负载两输看进去的等效电阻，也称输出阻抗﹡Ro物理意义：-----衡量放大器“带负载能力”-----带负载能力是指当IL变动时，Uo或Io保持恒定的能力﹡对Ro要求：视放大器用途而定电压放大器：要求RoRL(Ro小好)电流放大器要求RoRL(Ro大好)。Ri和Ro是交流电阻即动态电阻目录第二章基本放大电路由于电容、电感及半导体器件PN结的电容效应，使放大电路在信号低频段和高频段时，电压放大倍数数值与中频段相比下降，并产生相位的改变。第一节放大器的基本概念4.通频带衡量放大电路对不同频率信号的适应能力目录第二章基本放大电路第一节放大器的基本概念5.失真率THD(小好)﹡定义：当放大器输入某一频率的正弦信号时，若输出是非正弦波，就称该放大器发生了非线性失真。﹡实质：输出信号中产生了新频率成分。﹡类型：幅值失真、相位失真﹡成因：放大器件的非线性6.其它指标最大不失真输出电压Uom(交流有效值)最大不失真输出功率Pom与效率η噪声、静态功耗等目录第二章基本放大电路第二节单管共射放大器的基本原理一、单管放大器的组成规律1.组成放大器的三要素有起放大作用的器件（BJT、FET）有直流电源有R、C、L等无源元件2.组成Amp三原则直流电源的接法保证晶体管处于放大状态保证信号传输畅通输出失真在允许的范围内目录第二章基本放大电路第二节单管共射放大器的基本原理3.单管共射放大电路各元件作用动态信号作用时：uiibicΔiRcΔuCE(uo)输入电压Ui=0时，晶体管各极的电流、b-e间电压、管压降，称为静态工作点Q。记作IBQ、ICQ、IEQ、UBEQ、UCEQVBB、Rb：使UBE＞Uon，且有合适的IBQ否则输出信号失真VCC：使UCE≥UBE，为负载提供能源Rc：将ΔiC转换成ΔuCE(uo)目录第二章基本放大电路第二节单管共射放大器的基本原理二、基本共射放大电路的工作原理交、直流两种电压源→放大器呈现交、直两种工作状态分析方法：采用叠加原理tuCEUCEQVCC0饱和失真tuCEUCEQVCC0载止失真目录第二章基本放大电路第二节单管共射放大器的基本原理1．工作点偏低（指IBQ，ICQ偏小）产生截止失真三、工作点与波形失真的关系载止失真输入回路首先失真目录第二章基本放大电路第二节单管共射放大器的基本原理2．工作点偏高（指IBQ，ICQ偏大）产生饱和失真饱和失真产生于输出回路目录第二章基本放大电路四、放大电路的组成原则第二节单管共射放大器的基本原理1.静态工作点合适：合适的直流电源、合适的电路参数。2.合适的信号通路：动态信号能够作用于晶体管的输入回路；在负载上能够获得放大了的动态信号。3.对实用放大电路的要求：共地、直流电源种类尽可能少；负载上无直流分量。阻容耦合直接耦合目录第二章基本放大电路第三节单管共射放大器的分析方法1.图解法﹡是指在晶体管特性曲线上，采用作图方法分析放大器﹡特点：分析结果较直观，定量分析困难，用于大信号分析3.计算机辅助分析法电子电路分析软件，如PSPICE、EWB、Multisim等2.等效电路分析法﹡是指用晶体管等效模型，分析放大器﹡定量分析方便，应用较多一、分析放大器的基本方法目录第二章基本放大电路第三节单管共射放大器的分析方法二、放大电路的直流通路和交流通路通常，放大电路中直流电源的作用和交流信号的作用共存。为简化分析，将它们分别作用，引入直流通路和交流通路。1.直流工作状态（又称静态）直流通路：直流电流所流经的路径指ui=0，直流电源作用时，放大器所处的工作状态。此时晶体管各极电流、电压必为直流量。画法：us=0，保留Rs；电容开路；电感相当于短路计算静态工作点或Q点：IBQ、ICQ、UCEQ目录第二章基本放大电路第三节单管共射放大器的分析方法例：直流通路分析（阻容耦合共射电路）画法：us=0，保留Rs；电容开路；电感相当于短路cCQCCCEQBQCQbBEQCCBQRIVUIIRUVI－＝计算静态工作点：IBQ、ICQ、UCEQ目录第二章基本放大电路第三节单管共射放大器的分析方法2.交流工作状态（动态）交流通路：交流电流所流经的路径是指仅由信号源（ui或us）作用时，放大器所处的工作状态。此时晶体管各极电流、电压必为交流量。画法：电容短路；恒压源视为短路；恒流源视为开路计算动态量：Au(Aus)、Ri、Ro交流通路目录第二章基本放大电路三、等效电路法第三节单管共射放大器的分析方法1.直流模型：适于静态工作点的分析利用估算法(UBEQ不变)求Q点，实质上利用了直流模型。2.晶体管的h参数等效模型（交流等效模型）半导体器件的非线性使放大电路的分析复杂化。利用线性元件建立模型，来描述非线性器件的特性。EQTbb'be1IU)(rrUT：温度当量26mVQ点越高，rbe越小目录第二章基本放大电路三.放大电路的动态分析第三节单管共射放大器的分析方法1.分析步骤：①画微变等效电路：用h参数等效模型画出放大器的交流等效电路②根据所求参数定义，列回路方程，求解。2.共射电路的动态分析：微变等效电路目录第二章基本放大电路第三节单管共射放大器的分析方法计算动态量：Au(Aus)、Ri、Robe'LbebLcio)(rRrIRRIUUAcu∥bebebirrRR∥uuARRRUUUUUUAisiiosisoscoRR求Ro的通用方法：将信号源短路，但保留内阻RS，将负载RL开路，对输出端外加一个假想电压源UR，得到一假想电流IR，则Ro=UR/IR目录第二章基本放大电路第三节单管共射放大器的分析方法CQIRUUIeBEQBQEQ四、静态工作点的稳定Q点稳定是指ICQ和UCEQ在温度变化时基本不变，这是靠IBQ的变化得来的。T(℃)→β↑→ICQ↑1.分压式静态工作点稳定电路为了稳定Q点，通常I1IB，即I1≈I2基本不变T(℃)↑→ICQ↑→UEQ↑→UBEQ↓(UBQ基本不变)→IBQ↓→ICQ↓CCb21b1bBQVRRRU目录第二章基本放大电路Re起直流负反馈作用，值越大，反馈越强，Q点越稳定但Re取值不能太大？)(ecEQCCeEQcCQCCCEQRRIVRIRIVUbe'LiorRUUAubeb2b1irRRR∥∥coRR动态分析：Au、Ri、Ro有Ce电容时第三节单管共射放大器的分析方法目录第二章基本放大电路无Ce电容时e'L'uRRR)(rRRIrI)RR(IUUAee1beLebebLcbio∥])1([ebeb2b1iRrRRR∥∥静态无变化第三节单管共射放大器的分析方法目录第二章基本放大电路2.稳定静态工作点的方法第三节单管共射放大器的分析方法﹡引入直流负反馈（前面电路）﹡温度补偿利用对温度敏感的元件，在温度变化时直接影响输入回路。如，热敏电阻，二极管等Rb1----Rt(NTC)Rb2=---Rt(PTC)目录第二章基本放大电路一、基本共集放大电路第四节共集、共基放大器分析结构特点：集电极直接与直流电源相接1.静态分析ebBEQBBBQ)1(RRUVIBQEQ)1(IIeEQCCCEQRIVU目录第二章基本放大电路2.共集放大器动态分析第四节共集、共基放大器分析交流通路特点：﹡B入E出C为公共端，故叫CC-Amp﹡因信号从射极输出，故又叫射极输出器ebebeeebebbeeio)1()1()(RrRRRIrRIRIUUAuAu1且≈1称射极跟随器；uo与ui同相位，不能放大电压只能放大电流目录第二章基本放大电路输入电阻Ri的分析第四节共集、共基放大器分析ebebbiiii1R)(rRIUIURRi与负载有关，Ri高输出电阻Ro的分析分两步：Ro=Re//RoeRoe=UR/IR=(Rb+rbe)/(β+1)1//bebeorRRRRo与信号源内阻有关Ro很低，所以带负载能力强目录第二章基本放大电路二、基本共基放大电路第四节共集、共基放大器分析结构特点：双电源供电、基极接地1.静态分析eBEQBBEQRUVI1EQBQIIBEQcEQCCCEQURIVU目录第二章基本放大电路2.共基放大器动态分析第四节共集、共基放大器分析交流通路特点：E入C出B为公共端，故称为CB-Amp)1(beeirRRcoRRebecbebeeccio1R)(rRrIRIRIUUAuRi小，频带宽，只放大电压，不放大电流，uo与ui同相位共基放大器特点：目录第二章基本放大电路三、复合管第四节共集、共基放大器分析目的：增大β，减小前级驱动电流，改变管子的类型2.复合管组成规则﹡串接点电流连续﹡与并接点相接的电极电流同时流入或流出并接点3.判断复合管的管型与电极﹡复合管的管型与驱动管相同﹡复合管的管电极性质与驱动管相应电极相同1.定义：由两只或两只以上晶体管，按一定规则连接起来，组成一只具有新特性的等效管叫复合管。目录第二章基本放大电路放大电路的放大作用第二章基本放大电路饱和矢真与截止矢真